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半导体设备-晶圆制造设备

2023-04-12 16:321050

 

从集成电路的工艺流程可以看出,集成电路设备通常可以分为前道工艺设备和后道工艺设备,前道工艺设备包括晶圆制造设备和晶圆加工设备,后道工艺设备是指封装检测设备。其中晶圆制造过程工艺复杂,工序多样,相关设备的价值占比最高,占总资本支出的50%以上。



单晶硅片(晶圆)生产流程及设备



单晶硅片的生产流程:拉晶---滚磨---线切割---倒角---研磨---腐蚀---热处理---边缘抛光---正面抛光---清洗---检测---外延等步骤,其中拉晶、研磨和抛光是保证半导体硅片质量的关键。涉及到的主要设备有还原炉、单晶炉、滚磨机、切片机、倒角机、研磨设备、CMP抛光设备、清洗设备、检测设备等多种生产设备。大部分设备已实现国产化。



1、还原(涉及的设备:还原炉)



将生产原料石英砂(SiO2)与碳发生氧化还原反应生产工业级硅,再与盐酸反应,生产三氯硅烷,进行多次精馏提高纯度,最后再与高纯氢气反应得到高纯多晶硅,纯度达到9-11个9。这个过程使用的设备是CVD还原炉。



2、长晶(涉及的设备:单晶炉)



在惰性气体(氦气、氮气为主)环境中,用石墨加热器将坩埚中的多金贵熔化成液态硅,再用单晶硅的硅种接触液态硅表面,边旋转边缓慢向上拉起,熔体上的液体因表面张力而提高,散发热量向下凝固,随着晶种旋转从熔体中拉出,与晶种具有同样晶向的单晶就生产出来了。这个过程涉及到的设备是单晶炉。



3、滚磨(涉及的设备:滚磨机)



单晶硅棒生产完成后,首先要对晶棒进行“掐头去尾”,切去晶棒两端直径较小的部分。然后对晶棒进行径向研磨,由于晶棒在生长过程中难以实现精确的直径要求,一般会生长直径高于预定目标,通过径向研磨得到目标直径的晶棒。这个过程涉及的设备有截断机、滚磨机、磨面机等。



4、切片(涉及的设备:切片机)



通过一根附着切割刃的钢丝高速运动,对硅棒进行摩擦。整个过程钢丝通过十几个导线轮的引导,在主线辊上形成一张线网,将硅棒一次同时切割为数百片薄片,效率高、产能高、精度高等。多线切割机已逐步取代传统的内圆切割,是硅片切割的主要方式。



这个过程涉及的设备是切片机。



5、倒角(涉及的设备:倒角机)



硅棒切割研磨后的硅片边缘一般会存在裂痕和细小的裂缝,会在硅片上产生机械应力,在热处理过程中会引起边缘位错生产,因此要对硅片锐利的边缘进行倒角,磨削休整获得平滑的外缘。这个过程主要涉及的设备是倒角机。



6、抛光(涉及的设备:抛光机)



抛光是硅片的最终加工工序,对硅片更精细的研磨,得到完全光滑的平面。使用机械化学抛光法加工硅片表面,第一次抛光,借助于磨粒与抛光布的机械作用,在SiO2悬浮液中添加NaOH、KOH等碱性添加剂,破坏硅片表面的水合膜进行高效抛光,抛光布是用漫透聚氨基甲酸乙酯的无纺布;二次抛光是精抛光,添加碱或氨的抛光液,用发泡聚氨基甲酸乙酯人造革不断去除水合膜来进行无损伤抛光。这个过程涉及的设备是抛光机。


    


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